JP2014518559A - Aluminum oxide paste and method of using the same - Google Patents
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Abstract
本発明は、酸化アルミニウムペースト、およびAl2O3コーティングまたは混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、酸化アルミニウムペーストの使用方法に関する。The present invention relates to an aluminum oxide paste and a method of using the aluminum oxide paste for the formation of an Al 2 O 3 coating or a mixed Al 2 O 3 hybrid layer.
Description
本発明は、酸化アルミニウムペースト、およびAl2O3コーティングまたは混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、酸化アルミニウムペーストの使用方法に関する。 The present invention relates to an aluminum oxide paste and a method of using the aluminum oxide paste for the formation of an Al 2 O 3 coating or a mixed Al 2 O 3 hybrid layer.
ゾル・ゲルベースの層の合成は、その種類豊富な使用可能性のおかげで、産業生産において、ますます大きな重要性を得ている。したがって、以下の機能性層または表面仕上げおよび修飾を、ゾル・ゲル技術を利用して構築または実施することができる:
・ 例えば、光学的部品などのための反射防止コーティング
・ 例えば、スチールなどの耐食コーティング
・ 防傷コーティング
・ 表面シール
・ 表面の疎水化または親水化
・ 膜および膜材料の合成
・ 触媒用途のための補助材料の合成
・ 焼結セラミックおよび焼結セラミック部品の前駆体
The synthesis of sol-gel based layers is gaining increasing importance in industrial production due to its versatile availability. Thus, the following functional layers or surface finishes and modifications can be constructed or implemented utilizing sol-gel technology:
・ Anti-reflective coatings for optical components, etc. ・ Corrosion-resistant coatings such as steel ・ Scratch-proof coatings ・ Surface seals ・ Hydrophobization or hydrophilization of surfaces ・ Synthesis of membranes and membrane materials ・ Support for catalytic applications Material synthesis and precursors of sintered ceramics and sintered ceramic parts
・ 下記の特定の用途を有するエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロニクス部品のための誘電体層、ここで、所望の機能の1つの形成は、O2、N2、O2/N2および/またはフォーミングガスの流れなどでの、特定の熱処理に関連し得るが、その必要はない:
・集積回路の生産におけるスピン・オン・グラス(「SoG」)
・集積回路の生産における個々のメタライゼーション面の間の誘電性緩衝層(「多孔質MSQ」)
・印刷回路のための印刷可能な誘電性層、一般的な印刷可能なエレクトロニクス、特に印刷可能な有機エレクトロニクス
Dielectric layers for electronics and microelectronic components having the following specific applications, where formation of one of the desired functions is O 2 , N 2 , O 2 / N 2 and / or forming gas flow May be related to a specific heat treatment, such as, but not necessarily:
Spin-on-glass (“SoG”) in integrated circuit production
• Dielectric buffer layers ("porous MSQ") between individual metallization surfaces in the production of integrated circuits
-Printable dielectric layers for printed circuits, general printable electronics, especially printable organic electronics
・ 拡散緩衝層(MERCK SolarResist特許、参照)
・一般的な半導体用
・シリコン用、特にとりわけ、シリコンウェハ用、特に結晶シリコン太陽電池の製造用のもの
・ 下記のものの特定の全面および/または局所ドーピングのためのドーパント(例えばB、Ga、P、Asなど)の結合のためのマトリクス
・一般的な半導体
・シリコン、特にとりわけ、シリコンウェハ、特に結晶シリコン太陽電池の製造用のもの
・ 表面再結合速度のかなりの減少をもたらす、一般的な半導体表面、特にシリコン表面の電子的不動態化。
・ Diffusion buffer layer (see MERCK SolarResist patent)
For general semiconductors, for silicon, in particular for silicon wafers, in particular for the production of crystalline silicon solar cells, dopants for specific overall and / or local doping of the following (for example B, Ga, P) , As, etc.) Matrix for bonding-General semiconductors-Silicon, especially for the manufacture of silicon wafers, especially crystalline silicon solar cells-General semiconductors that result in a considerable reduction in surface recombination rates Electronic passivation of surfaces, especially silicon surfaces.
このリストは、様々な用途の可能性の選択を表すだけである。
文献から知られるほとんどのゾル・ゲル法は、シリコンおよびそのアルコキシド(シロキサン)の使用、さまざまな特性を有するネットワークおよびそれに由来することのできるコーティングの合成を非常に容易にする特定の加水分解および縮合に基づき、この様に、滑らかなまたは多孔質のフィルム、または粒子が埋め込まれたフィルムを製造することができる。しかしながら、ある用途のために、従来の二酸化シリコン層と比較して、より高い硬度および一般的に用いられるエッチング剤に対する修正された挙動などの、改良した特性を有するコーティングを提供することが望ましい。
This list only represents a selection of various application possibilities.
Most sol-gel methods known from the literature are specific hydrolysis and condensation that makes it very easy to synthesize silicon and its alkoxides (siloxanes), networks with different properties and coatings that can be derived from them. Thus, a smooth or porous film or a film with embedded particles can be produced in this way. However, for certain applications, it is desirable to provide coatings with improved properties, such as higher hardness and modified behavior for commonly used etchants compared to conventional silicon dioxide layers.
多数の実験を用いて、対応する層におけるAl2O3の使用が、SiO2層の非常に有望な代替品を得ることを可能とすることが見出された。Al2O3が拡散障壁および/またはゾル・ゲルベースのドーピング源のいずれかとして働く、上記の使用に加え、その結晶変態の硬さのおかげで、Al2O3は機械的保護層としての使用にも適している。 With numerous experiments, it has been found that the use of Al 2 O 3 in the corresponding layer makes it possible to obtain a very promising alternative to the SiO 2 layer. Al 2 O 3 acts as either a doping source diffusion barrier and / or sol-gel-based, in addition to the use of the above-mentioned, thanks to the hardness of its crystalline modifications, Al 2 O 3 is used as a mechanical protection layer Also suitable for.
驚くべくことに、Al2O3ゾル・ゲル法に基づいたペースト状混合物を合成および形成することが可能であり、これが、スクリーン印刷法のレオロジー的な要件を満たすことが今や見出された。予想外にも、当該ペースト状混合物は、スクリーン印刷法において驚くほど容易にシリコンウェハ表面に適用することができ、これらは高い構造忠実性を有する。 Surprisingly, it was possible to synthesize and form pasty mixtures based on the Al 2 O 3 sol-gel process, which has now been found to meet the rheological requirements of screen printing processes. Unexpectedly, the paste-like mixture can be applied to the silicon wafer surface surprisingly easily in a screen printing process, and they have a high structural fidelity.
特にソーラーセクターにおける使用のために、ゾル・ゲルベースの層は特定の要件を満たさなければならず、したがってそれをベースとしたペーストもそうであり、すなわち、これらの要件は、かかる層の製造のための組成物の形成においても、考慮されなければならない。 Especially for use in the solar sector, sol-gel based layers must meet certain requirements, and so are pastes based on them, ie these requirements are for the production of such layers. Also in the formation of the other compositions must be considered.
一方、当該使用のために有利な特性、例えば、無毒性から低毒性である、適度な表面の濡れがあるなど、を有する好適な溶媒を選択すべきである。さらに、腐食性アニオン(Cl−またはNO3 −など)は、ペーストの使用の可能性を非常に制限するので、これらはペーストに存在すべきでない。対応するペーストは、例えば、用いられる印刷および蒸着装置を腐食し、さらに、かかる層が提供された太陽電池を接続する際に、後に望ましくないことに、はんだ接続部の腐食を促進し、その結果として、結晶シリコン太陽電池の長期安定性の制限をもたらし得る。 On the other hand, a suitable solvent should be selected that has advantageous properties for the use, such as non-toxic to low toxicity, moderate surface wetting, etc. Furthermore, corrosive anions (such as Cl − or NO 3 — ) greatly limit the possibilities of using the paste, so they should not be present in the paste. Corresponding pastes, for example, corrode the printing and vapor deposition equipment used, and further promote corrosion of solder joints, which is undesirable later when connecting solar cells provided with such layers, and consequently As such, it can result in limitations on the long-term stability of crystalline silicon solar cells.
スクリーン印刷可能なペーストの製造に関し、文献はレオロジー添加剤を使用した合成、またはゾル・ゲル法で沈殿した金属酸化物の粉砕、それに続くこれらの酸化物の懸濁のみを開示する。しかしながら、後処理またはレオロジー添加剤の混合を伴うこのタイプのペースト製造は、通常実際の活性物質の汚染を含む。 With regard to the production of screen-printable pastes, the literature only discloses synthesis using rheological additives, or grinding of metal oxides precipitated by a sol-gel method, followed by suspension of these oxides. However, this type of paste production with post-treatment or mixing of rheological additives usually involves actual active substance contamination.
Zhou等は、例えば、Cu2ZnSnS4ペーストの合成を研究した。エタノールを添加して、元素である銅、亜鉛、スズおよび硫黄をボールミルにおいて粉砕した。これに続く乾燥の後、これらをイソプロパノールに懸濁し、イソプロパノール中の10%エチルセルロース混合物と混合した。テルピネオールを添加して、この混合物をボールミルにおいて再び粉砕し、アルコールを真空で除去した。得られた粘性の塊をスクリーン印刷のために用い、得られた層を研究した。{[1] Z. Zhou, Y. Wang, D. Xu, Y. Zhang, Solar Energy Materials and Solar Cells, in press, (2010)} Zhou et al. Studied, for example, the synthesis of Cu 2 ZnSnS 4 paste. Ethanol was added and the elements copper, zinc, tin and sulfur were ground in a ball mill. After subsequent drying, they were suspended in isopropanol and mixed with a 10% ethylcellulose mixture in isopropanol. Terpineol was added and the mixture was ground again in a ball mill and the alcohol was removed in vacuo. The resulting viscous mass was used for screen printing and the resulting layer was studied. {[1] Z. Zhou, Y. Wang, D. Xu, Y. Zhang, Solar Energy Materials and Solar Cells, in press, (2010)}
Hansch等は、次に、スクリーン印刷可能なY2O3/ZrO2混合酸化物の合成を研究した。Y2O3/ZrO2ゾルを、アセチルアセトン、およびイソプロパノールおよび硝酸イットリウム水溶液中のカルボン酸(酢酸、プロピオン酸、カプロン酸、ノナン酸)を用いて安定化したジルコニウムn−プロポキシドを混合することにより得た。スクリーン印刷可能なペーストを得るために、焼成Y2O3/ZrO2パウダーをこのゾルに添加し(ゾル/パウダー20/80〜40/60重量%)、この混合物を続いてボールミルを用いて粉砕して均質化した。同様に、ペーストを有機添加剤(テルピネオールまたはエチルセルロース)の添加により調製したが、ペーストも焼成酸化物からのみ調製した。これらのペーストは、燃料電池における電解層としてのそれらの適正について研究された。{[2] R. Hansch, M.R.R. Chowdhury, N.H. Menzler, Ceramics International, 35 (2009), 803-811} Hansch et al. Next studied the synthesis of screen-printable Y 2 O 3 / ZrO 2 mixed oxides. By mixing Y 2 O 3 / ZrO 2 sol with acetylacetone and zirconium n-propoxide stabilized with isopropanol and carboxylic acid (acetic acid, propionic acid, caproic acid, nonanoic acid) in aqueous yttrium nitrate solution. Obtained. To obtain a screen printable paste, calcined Y 2 O 3 / ZrO 2 powder is added to the sol (sol / powder 20 / 80-40 / 60 wt%) and the mixture is subsequently ground using a ball mill And homogenized. Similarly, pastes were prepared by adding organic additives (terpineol or ethyl cellulose), but pastes were also prepared only from calcined oxide. These pastes were studied for their suitability as electrolytic layers in fuel cells. {[2] R. Hansch, MRR Chowdhury, NH Menzler, Ceramics International, 35 (2009), 803-811}
Laobuthee等は、有機添加剤(ブチルカルビトールアセタート、テルピネオール、エチルセルロース)でのゾル・ゲル合成から形成した、粉砕した(K+またはNa+ドープされた)MgAl2O4パウダーを混合することにより、MgAl2O4(スピネル)ペーストを得た。スクリーン印刷を用いて、このペーストを酸化アルミニウム基板に適用した。この様にして得られた層は、大気中水分センサーとしてのそれらの適性について研究された。{[3] A. Laobuthee, N. Koonsaeng, B. Ksapabutr, M. Panapoy, C. Veranitisagul, International Journal of Materials & Structural Reliability, 3 (2005), 95-103} Laobuthee et al. By mixing milled (K + or Na + doped) MgAl 2 O 4 powder formed from sol-gel synthesis with organic additives (butyl carbitol acetate, terpineol, ethyl cellulose). MgAl 2 O 4 (spinel) paste was obtained. This paste was applied to an aluminum oxide substrate using screen printing. The layers thus obtained were studied for their suitability as atmospheric moisture sensors. {[3] A. Laobuthee, N. Koonsaeng, B. Ksapabutr, M. Panapoy, C. Veranitisagul, International Journal of Materials & Structural Reliability, 3 (2005), 95-103}
Riviere等は、無機増粘剤および有機「媒体」(溶媒)で古典的なSnO2スクリーン印刷ペーストを最適化すること、および活性SnO2(SnO2パウダーの混合でのゾル・ゲル合成から得られたSnO2ゲル)のみからなる「ゲルインク」を調製することを試みた。これらの2つの組成物は、COセンサーとしてのそれらの適性に関して研究された。有機および無機添加剤を添加しないインクは、600℃での熱処理の後、顕著に高いセンサー活性を示した。{[4] B. Riviere, J.-P. Viricelle, C. Pijolat, Sensors and Actuators B, 93 (2003), 531-537} Riviere et al. Obtained from optimizing classic SnO 2 screen printing paste with inorganic thickener and organic “medium” (solvent) and sol-gel synthesis with mixing of active SnO 2 (SnO 2 powder) An attempt was made to prepare a “gel ink” consisting only of SnO 2 gel. These two compositions were studied for their suitability as CO sensors. Inks without added organic and inorganic additives showed significantly higher sensor activity after heat treatment at 600 ° C. {[4] B. Riviere, J.-P. Viricelle, C. Pijolat, Sensors and Actuators B, 93 (2003), 531-537}
古典的なゾル・ゲル法の後、Al2O3層の製造のための、ゾル(低粘度<100mPas)およびゲル(高粘度>100Pas)の間の安定な状態は存在しない。文献は、酸化アルミニウムファイバーの形成のための安定化したゾルまたは高粘度のゲルに言及するものである。 After the classic sol-gel process, there is no stable state between sol (low viscosity <100 mPas) and gel (high viscosity> 100 Pas) for the production of Al 2 O 3 layers. The literature refers to stabilized sols or high viscosity gels for the formation of aluminum oxide fibers.
Dressler等は、ASB(Alトリ−sec−ブトキシド)を硝酸アルミニウムの水溶液に添加した。高いASB濃度では、相分離(2−ブタノール相および水相)が生じた。したがって、ポリビニルピロリドンを結合剤として添加した。得られたゾルのレオロジーおよび化学構造を、NMRを用いて調査し、相関する粒径を測定した。{[5] M. Dressler, M. Nofz, J. Pauli, C. Jaeger, Journal of Sol-Gel Science and Technology (2008) 47, 260-267} Dressler et al. Added ASB (Al tri-sec-butoxide) to an aqueous solution of aluminum nitrate. At high ASB concentrations, phase separation (2-butanol phase and aqueous phase) occurred. Therefore, polyvinyl pyrrolidone was added as a binder. The rheology and chemical structure of the resulting sol was investigated using NMR and the correlated particle size was measured. {[5] M. Dressler, M. Nofz, J. Pauli, C. Jaeger, Journal of Sol-Gel Science and Technology (2008) 47, 260-267}
さらに、Glaubitt等は、ASBを、まずグリコールエーテルも用いて、続いてプロピオン酸を用いて、修飾した。1モルのアルミニウムあたり0.5モルの水を添加した後、粘度が急速に増加し(>2000Pas)、透明のゾル(/ゲル)が残った。ゲルは長い安定性を示し、長い繊維をそれから引き出すことができた。それぞれの修飾の前に、ゾルを27Al−NMRを用いて調査し、TGAを用いて乾燥を調査した。{[6] W. Glaubitt, D. Sporn, R. Jahn, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2 (1994), 525-528} In addition, Glaubitt et al. Modified ASB first with glycol ether followed by propionic acid. After adding 0.5 moles of water per mole of aluminum, the viscosity increased rapidly (> 2000 Pas), leaving a clear sol (/ gel). The gel showed long stability and long fibers could be drawn from it. Prior to each modification, the sol was investigated using 27 Al-NMR and drying was examined using TGA. {[6] W. Glaubitt, D. Sporn, R. Jahn, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2 (1994), 525-528}
Shojaie-Bahaabad等は、次に、Y2O3/Al2O3(YAG)ゾルの形成を調査した。酸化イットリウムを含水HClに溶解した。AlCl3を、およびアルミニウムパウダーをゆっくりと、この溶液に添加した。アルミニウムパウダーを溶解するために、この溶液を98℃で6時間加熱した。得られたゾルを、AlCl3含有量およびY2O3およびH2O/HCl含有量に対するAlパウダーの関数として、そのゲル挙動について流動学的に調査した。繊維をゲル(η>2000Pas)から紡ぎ、これらをSEMおよびXRDを用いて調査した。{[7] M. Shojaie-Bahaabad, E. Taheri-Nassaj, R. Naghizadeh, Ceramics International, 34 (2008), 1893-1902} Shojaie-Bahaabad et al. Next investigated the formation of Y 2 O 3 / Al 2 O 3 (YAG) sols. Yttrium oxide was dissolved in aqueous HCl. AlCl 3 and aluminum powder were slowly added to this solution. The solution was heated at 98 ° C. for 6 hours to dissolve the aluminum powder. The resulting sol was rheologically investigated for its gel behavior as a function of Al powder for AlCl 3 content and Y 2 O 3 and H 2 O / HCl content. Fibers were spun from gel (η> 2000 Pas) and these were examined using SEM and XRD. {[7] M. Shojaie-Bahaabad, E. Taheri-Nassaj, R. Naghizadeh, Ceramics International, 34 (2008), 1893-1902}
課題:
したがって、本発明の課題は、例えば塩化物および硝酸塩などの非常に腐食性であるアニオン、およびさらなる不純物の導入をもたらし得るさらなるレオロジー添加剤の干渉を防ぎながら、スクリーン印刷可能な酸化アルミニウムペーストを開発および安定化することであり、ここでペーストの長期安定性が同時に保たれるべきである。
Task:
The object of the present invention is therefore to develop screen-printable aluminum oxide pastes while preventing interference of highly corrosive anions such as chlorides and nitrates and further rheological additives that can lead to the introduction of further impurities. And to stabilize, where the long-term stability of the paste should be kept at the same time.
発明の主題
課題は、Al2O3コーティングおよびまた混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、印刷可能な、立体的に安定化したペーストの使用により達成される。本発明のペーストは、Al2O3の形成のための前駆体、および1または2以上のホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、および鉛から選択される元素の酸化物を含み、ここで、当該ペーストは、対応する前駆体をペーストに導入することにより得られる。好ましいのは、少なくとも1つの疎水性成分および少なくとも1つの親水性成分を、任意に少なくとも1つのキレート剤と混合することにより得られる、立体的に安定化したペーストの使用である。
The subject of the invention is achieved by the use of a printable, sterically stabilized paste for the formation of Al 2 O 3 coatings and also mixed Al 2 O 3 hybrid layers. The paste of the present invention comprises a precursor for the formation of Al 2 O 3 and one or more of boron, gallium, silicon, germanium, zinc, tin, phosphorus, titanium, zirconium, yttrium, nickel, cobalt, iron, It includes an oxide of an element selected from cerium, niobium, arsenic, and lead, where the paste is obtained by introducing the corresponding precursor into the paste. Preference is given to the use of sterically stabilized pastes obtained by mixing at least one hydrophobic component and at least one hydrophilic component, optionally with at least one chelating agent.
さらに、これらのペーストは、1,3−シクロヘキサジオン、サリチル酸および構造的に関連した化合物の群からから選択される、少なくとも1つの疎水性成分、およびアセチルアセトン、ジヒドロキシ安息香酸およびトリヒドロキシ安息香酸またはその構造的に関連する化合物、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DETPA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTPA)およびジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸(DETPPA)などのキレート剤、または構造的に関連する錯化剤または対応するキレート剤の群から選択される、少なくとも1つの親水性化合物を含む。 Furthermore, these pastes comprise at least one hydrophobic component selected from the group of 1,3-cyclohexadione, salicylic acid and structurally related compounds, and acetylacetone, dihydroxybenzoic acid and trihydroxybenzoic acid or Chelating agents such as structurally related compounds, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DETPA), nitrilotriacetic acid (NTA), ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid (EDTPA) and diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DETPPA) Or at least one hydrophilic compound selected from the group of structurally related complexing agents or corresponding chelating agents.
これらの成分に加え、用いられるペーストは、好ましくはエタノールおよびイソプロパノールの群から選択される、低沸点のアルコール類の群から選択される溶媒、および好ましくはジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルまたはこれらの混合物の群から選択される、高沸点のグリコールエーテル類の群から選択される少なくとも1つの高沸点の溶媒、および任意に、アセトン、DMSO、スルホランおよび酢酸エチルの群から選択される極性溶媒または類似の極性溶媒を含む。特に有利なのは、4〜5の範囲の酸性pHを有し、酸として、1または2以上の有機酸、好ましくは酢酸を含み、これにより残渣の無い乾燥をもたらす、対応するペーストの本発明にしたがった使用である。 In addition to these components, the paste used is preferably a solvent selected from the group of low-boiling alcohols, preferably selected from the group of ethanol and isopropanol, and preferably diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol At least one high boiling solvent selected from the group of high boiling glycol ethers, selected from the group of monobutyl ether or mixtures thereof, and optionally selected from the group of acetone, DMSO, sulfolane and ethyl acetate Polar solvents or similar polar solvents. Particularly advantageous is according to the invention of the corresponding paste having an acidic pH in the range of 4 to 5 and containing as acid an acid or acids, preferably acetic acid, thereby resulting in residue-free drying. Use.
特に好ましいのは、不浸透性の均質な層の形成のためのこれらのペーストの使用であり、ここに、加水分解のための水を、1:1〜1:9の範囲の、好ましくは1:1.5〜1:1.25の間の水対前駆体のモル比で添加し、ここで、固形分は、9〜10重量%の範囲である。特に、これらのペーストは、拡散障壁、印刷された誘電、電気および電子不動態化物、反射防止コーティング、摩耗に対する機械的保護層または酸化または酸の作用に対する化学的保護層の製造のために用いることができる。これらのペーストはさらに、半導体、好ましくはシリコンの全面または局所ドーピングのための、またはLCD技術におけるナトリウムおよびカリウム拡散障壁としてのAl2O3層の製造のための、単純でポリマーのホウ素およびリン酸化物およびそのアルコキシドを含むハイブリッド材料の調製のためにも好適である。 Particular preference is given to the use of these pastes for the formation of an impermeable homogeneous layer, wherein water for hydrolysis is used in the range of 1: 1 to 1: 9, preferably 1 Is added in a molar ratio of water to precursor between 1.5 and 1: 1.25, where the solids range from 9 to 10% by weight. In particular, these pastes should be used for the manufacture of diffusion barriers, printed dielectrics, electrical and electronic passivators, anti-reflective coatings, mechanical protective layers against wear or chemical protective layers against the effects of oxidation or acid. Can do. These pastes further provide simple, polymeric boron and phosphorylation for the entire or local doping of semiconductors, preferably silicon, or for the production of Al 2 O 3 layers as sodium and potassium diffusion barriers in LCD technology. It is also suitable for the preparation of a hybrid material containing the product and its alkoxide.
本発明は特に、単結晶または多結晶シリコンウェハ、サファイアウェハ、薄膜ソーラーモジュール、機能性材料(例えばITO、FTO、AZO、IZOまたは同様のもの)でコーティングされたガラス、コーティングされていないガラス、スチール要素および合金上、およびマイクロエレクトロニクスにおいて用いられる他の材料上に、純粋であり、残渣の無い、アモルファスAl2O3層を製造するための方法にも関連し、ここで、当該ペーストの適用の後、300〜1000℃の間の温度で、好ましくは300〜400℃で、特に好ましくは350℃で、乾燥を行う。
1000℃からの温度での、印刷したペーストの乾燥および熱処理は、コランダムと同等の特性を有する、硬い、結晶性の層を形成する。
In particular, the invention applies to single crystal or polycrystalline silicon wafers, sapphire wafers, thin film solar modules, glass coated with functional materials (eg ITO, FTO, AZO, IZO or the like), uncoated glass, steel It also relates to a method for producing a pure, residue-free, amorphous Al 2 O 3 layer on elements and alloys and on other materials used in microelectronics, where the application of the paste Thereafter, drying is carried out at a temperature between 300 and 1000 ° C., preferably at 300 to 400 ° C., particularly preferably at 350 ° C.
Drying and heat treatment of the printed paste at temperatures from 1000 ° C. forms a hard, crystalline layer with properties comparable to corundum.
単位面積当たりのペーストの好適な量の適用により、5分未満の乾燥時間の間に、100nm未満の厚さの層が得られる。本発明の方法は、好ましくはペーストの薄層の適用後、乾燥を300〜500℃の間の温度で行う場合、純粋であり、残渣の無い、アモルファスの、構造化可能なAl2O3層を製造することを可能とする。<500℃の温度で乾燥されて、それに応じて得られた層は、ほとんどの鉱酸、ただし好ましくはHFおよびH3PO4で、および、酢酸またはプロピオン酸などの多くの有機酸でエッチングすること、または後構造化することができる。 By applying a suitable amount of paste per unit area, a layer with a thickness of less than 100 nm is obtained during a drying time of less than 5 minutes. The method of the present invention is preferably a pure, residue-free, amorphous, structurable Al 2 O 3 layer when drying is carried out at a temperature between 300-500 ° C. after application of a thin layer of paste. Can be manufactured. Drying at a temperature of <500 ° C., the layer obtained accordingly is etched with most mineral acids, but preferably with HF and H 3 PO 4 and with many organic acids such as acetic acid or propionic acid. Can be post-structured.
驚くべきことに、実験は、Al2O3ゾル・ゲル法に基づいて、スクリーン印刷法の流動学的要件を満たす、ペースト状混合物を合成および配合することが可能であること、そして上述した、これまでに取得/占拠されていない、粘度ウィンドウにおいてまさに見出され得ることが示された。予想外に、ペースト状混合物は、例えばシリコンウェハ表面上に、一方では驚くほど容易であり、他方では非常に優れた高い構造忠実性を保持して、スクリーン印刷法を用いて被覆(deposite)することができ、以下の例において示されるように、スクリーンの印刷のために用いられる定義または特徴に対応する。対応する酸化アルミニウムペーストは、不浸透性の、すなわち拡散−不浸透性のまたは耐性の、滑らかな層をシリコンウェハの表面上に形成する。これは、乾燥および400℃未満での熱処理の組み合わせにおいて、ゲル・ゲル法により形成されたペーストが、乾燥および熱処理後に、有機不純物を含まない、安定で滑らかな層を形成することを意味する。 Surprisingly, experiments have shown that, based on the Al 2 O 3 sol-gel method, it is possible to synthesize and formulate a paste-like mixture that meets the rheological requirements of the screen printing method, and as described above. It has been shown that it can be found just in the viscosity window, which has not been acquired / occupied before. Unexpectedly, the pasty mixture, for example on a silicon wafer surface, is surprisingly easy on the one hand, and on the other hand it retains a very good high structural fidelity and is deposited using a screen printing method. Corresponding to the definitions or features used for screen printing, as shown in the examples below. The corresponding aluminum oxide paste forms a smooth layer which is impervious, ie diffusion-impermeable or resistant, on the surface of the silicon wafer. This means that in a combination of drying and heat treatment at less than 400 ° C., the paste formed by the gel-gel method forms a stable and smooth layer free from organic impurities after drying and heat treatment.
本発明はしたがって、4〜5の範囲のpH、好ましくはpH<4.5を有する、酸性の、立体的に安定化したAl2O3ペーストであって、立体的に安定化したAl2O3前駆体を、非常に優れた濡れ性およびSiO2−およびシラン−終端したシリコンウェハ表面上での接着特性を有する、少量のポリオキシル化溶媒を含み、均質な、不浸透性の、特に拡散不浸透性の層の形成をもたらす、前記ペーストに関する。
図およびダイアグラム
The present invention therefore, pH in the range of 4-5, preferably a pH <4.5, the acidic, a sterically stabilized Al 2 O 3 paste, sterically stabilized Al 2 O 3 precursor, excellent wettability and SiO 2 - and silane - having adhesive properties on the termination silicon wafer surface, including a small amount of polyoxyl solvents, homogeneous, impervious, especially diffuse non The paste relates to the formation of a permeable layer.
Figures and diagrams
図1は、研磨した(100)シリコンウェハにスクリーン印刷によって適用され、クラウンで600nmの層厚を有する、Al2O3層の顕微鏡写真を示す。達成できる層厚は、用いるペーストの特徴的パラメーターの適切で慎重な選択および設定を介して、および印刷法のために用いるスクリーンの選択を介して、可変的であることは、当業者に明確である。 FIG. 1 shows a photomicrograph of an Al 2 O 3 layer applied to a polished (100) silicon wafer by screen printing and having a layer thickness of 600 nm at the crown. It will be clear to the person skilled in the art that the layer thickness that can be achieved is variable through appropriate and careful selection and setting of the characteristic parameters of the paste used and through the selection of the screen used for the printing method. is there.
これに応じて、本件における図1は、5分間300℃で乾燥した後(左)および600℃で10分後(右)の、スクリーン印刷したAl2O3レイアウトの顕微鏡写真を示す。ライン(印刷:500μm、乾燥後:500μm)の非常に良好な解像度が明確である。スクリーン印刷した層内の破片はおそらく、約600nmの厚みを有する層の破裂の間に生じる。 Accordingly, FIG. 1 in this case shows micrographs of the screen-printed Al 2 O 3 layout after drying for 5 minutes at 300 ° C. (left) and after 10 minutes at 600 ° C. (right). Very good resolution of the line (printing: 500 μm, after drying: 500 μm) is clear. Debris in the screen printed layer probably occurs during the rupture of a layer having a thickness of about 600 nm.
アルミニウムゾルは、アルミニウムの対応するアルコキシドを前駆体として使用して配合することができる。これらは、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシドおよびアルミニウムトリ−sec−ブトキシドである。代替的に、容易に溶解するアルミニウムの水酸化物および酸化物を用いることができる。約4〜5の範囲におけるpHの酸性条件の水存在下にて、Al2O3の形成に適している、全ての有機アルミニウム化合物は、ペースト配合物における前駆体としてそれ自体が好適である。 Aluminum sols can be formulated using the corresponding alkoxide of aluminum as a precursor. These are aluminum triethoxide, aluminum triisopropoxide and aluminum tri-sec-butoxide. Alternatively, readily soluble aluminum hydroxides and oxides can be used. All organoaluminum compounds suitable for the formation of Al 2 O 3 in the presence of water at acidic conditions with a pH in the range of about 4-5 are suitable per se as precursors in paste formulations.
対応するアルコキシドは、好ましくは、好適な溶媒混合物に溶解する。この溶媒混合物は、極性プロトン性溶媒および極性非プロトン性溶媒の両方、およびその混合物から構成され得る。さらに、前もって規定された適用条件にしたがって、溶媒混合物は、例えばそれらの濡れ挙動に影響させるために、非極性溶媒の添加によって広い制限内で適応することができる。 The corresponding alkoxide is preferably dissolved in a suitable solvent mixture. The solvent mixture can be composed of both polar protic and polar aprotic solvents, and mixtures thereof. Furthermore, according to pre-defined application conditions, solvent mixtures can be accommodated within wide limits by the addition of non-polar solvents, for example to influence their wetting behavior.
好ましい極性プロトン性溶媒は以下のものであり得る:
・ 脂肪族、飽和および不飽和、一塩基性〜多塩基性、官能化および非官能化アルコール類、
・メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、プロパルギルアルコールおよびC≦10を有する同族体など、
・あらゆる望ましい分岐度を有する、アルキル化、第2級および第4級アルコール類、例えばイソプロパノール、2−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノールおよび同族体など、好ましくはイソプロパノールおよび2−ブタノール
・グリコール、ピナコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2,3−プロパントリオールおよび更なる分岐した同族体など、
・モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンなど、
Preferred polar protic solvents can be:
Aliphatic, saturated and unsaturated, monobasic to polybasic, functionalized and non-functionalized alcohols,
-Methanol, ethanol, propanol, butanol, amyl alcohol, propargyl alcohol and homologues with C ≦ 10, etc.
Alkylated, secondary and quaternary alcohols having any desired degree of branching, such as isopropanol, 2-butanol, isobutanol, tert-butanol and congeners, preferably isopropanol and 2-butanol glycol, pinacol 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2,3-propanetriol and further branched homologues, etc.
・ Monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, etc.
・ グリコールエーテル類および縮合グリコールエーテル類、およびプロピレングリコールエーテル類、および縮合プロピレングリコールエーテル類、および分岐したこれらの同族体、
・メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、ペントキシエタノール、フェノキシエタノールなど、
・ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノペンチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジペンチルエーテルなど、
・プロピレングリコール、メトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、フェノキシプロピレングリコールなど。
Glycol ethers and condensed glycol ethers, and propylene glycol ethers, and condensed propylene glycol ethers, and branched homologues thereof,
・ Methoxyethanol, ethoxyethanol, propoxyethanol, butoxyethanol, pentoxyethanol, phenoxyethanol, etc.
・ Diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monopentyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dipentyl ether, etc.
-Propylene glycol, methoxy-2-propanol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol diethyl ether, phenoxypropylene glycol, and the like.
好ましい極性非プロトン性溶媒は以下のものであり得る:
・ ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、アセトン、アセチルアセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチルメチルケトン、ジエチルケトンなど。
Preferred polar aprotic solvents can be:
Dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxane, acetone, acetylacetone, dimethylformamide, dimethylacetamide, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, and the like.
アルミニウムアルコキシドの使用の場合、ゾルの合成は、アルミニウム核の形成およびその前縮合のための加水分解を達成するために、さらに水の添加を要する。必要な水は、不足当量〜過剰当量において添加することができる。不足当量添加が好ましい。 In the case of the use of aluminum alkoxide, the synthesis of the sol requires the addition of further water to achieve hydrolysis for the formation of the aluminum nucleus and its precondensation. The required water can be added in deficient to excess equivalents. Substantial equivalent addition is preferred.
有機酸および/または有機酸の混合物の添加により、アルミニウム核の加水分解で遊離したアルコキシドを対応するアルコールに変換する。酸または酸混合物は、pHが4〜5の間の範囲、好ましくは<4.5となるように添加する。さらに、添加した酸および/または酸混合物は、前縮合、および溶液中で加水分解するアルミニウム核と開始する架橋のための触媒として働く。 By addition of organic acids and / or mixtures of organic acids, the alkoxide liberated by hydrolysis of the aluminum core is converted into the corresponding alcohol. The acid or acid mixture is added so that the pH is in the range between 4 and 5, preferably <4.5. In addition, the added acid and / or acid mixture serves as a catalyst for precondensation and for crosslinking initiated with aluminum nuclei that hydrolyze in solution.
好ましい有機酸は以下のものであり得る:
・ ギ酸、酢酸、アセト酢酸、トリフルオロ酢酸、モノクロロ〜トリクロロ酢酸、フェノキシ酢酸、グリコール酸、ピルビン酸、グリオキシル酸、シュウ酸、プロピオン酸、クロロプロピオン酸、乳酸、β−ヒドロキシプロピオン酸、グリセリン酸、吉草酸、トリメチル酢酸、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、イソクロトン酸、グリシンおよびさらに、α−アミノ酸、β−アラニン、マロン酸、コハク酸、マレインおよびフマル酸、リンゴ酸、タルトロン酸、メソキサル酸、アセチレンジカルボン酸、酒石酸、クエン酸、オキサロ酢酸、安息香酸、サリチル酸などのアルキル化およびハロゲン化、ニトロ化およびヒドロキシル化安息香酸類、およびさらなる同族体。
Preferred organic acids can be:
Formic acid, acetic acid, acetoacetic acid, trifluoroacetic acid, monochloro-trichloroacetic acid, phenoxyacetic acid, glycolic acid, pyruvic acid, glyoxylic acid, oxalic acid, propionic acid, chloropropionic acid, lactic acid, β-hydroxypropionic acid, glyceric acid, Valeric acid, trimethylacetic acid, acrylic acid, methacrylic acid, vinylacetic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, glycine and also α-amino acid, β-alanine, malonic acid, succinic acid, maleic and fumaric acid, malic acid, tartronic acid, Alkylated and halogenated, nitrated and hydroxylated benzoic acids such as mesoxalic acid, acetylenedicarboxylic acid, tartaric acid, citric acid, oxaloacetic acid, benzoic acid, salicylic acid, and further homologs.
アルミニウムゾルの安定化は、上記の有機酸およびその混合物を用いることにより行うか、代替的に、錯化剤および/またはキレート剤の特定の添加により達成または増加することができる。使用することのできるアルミニウムのための錯化剤は以下の物質である: Stabilization of the aluminum sol can be accomplished by using the above organic acids and mixtures thereof, or alternatively can be achieved or increased by specific additions of complexing and / or chelating agents. Complexing agents for aluminum that can be used are the following substances:
・ ニトリロ三酢酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸).エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、ジエチレングリコールジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレングリコールトリアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、 Nitrilotriacetic acid, nitrilotris (methylenephosphonic acid). Ethylenediaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid), diethyleneglycoldiaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, diethyleneglycoltriaminetetrakis (methylenephosphonic acid),
ジエチレンテトラミンペンタキス(メチレンホスホン酸)、トリエチレンテトラミン六酢酸、トリエチレンテトラミンヘキサキス(メチレンホスホン酸)、シクロヘキサンジアミン四酢酸、シクロヘキサンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、エチドロン酸、イミノ二酢酸、イミノビス(メチレンホスホン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)、メチルイミノ二酢酸、メチルイミノビス(メチレンホスホン酸)、ジメチルイミノ酢酸、ジメチルイミノメチレンホスホン酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン四酢酸、トリメチレンジニトリロ四酢酸、2−ヒドロキシトリメチレンジニトリロ四酢酸、マルトール、エチルマルトール、イソマルトール、コウジ酸、ミモシン、ミモシン酸、ミモシンメチルエーテル、 Diethylenetetraminepentakis (methylenephosphonic acid), triethylenetetraminehexaacetic acid, triethylenetetraminehexakis (methylenephosphonic acid), cyclohexanediaminetetraacetic acid, cyclohexanediaminetetrakis (methylenephosphonic acid), etidronic acid, iminodiacetic acid, iminobis ( Methylenephosphonic acid), hexamethylenediaminetetrakis (methylenephosphonic acid), methyliminodiacetic acid, methyliminobis (methylenephosphonic acid), dimethyliminoacetic acid, dimethyliminomethylenephosphonic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid, Trimethylene dinitrilotetraacetic acid, 2-hydroxytrimethylene dinitrilotetraacetic acid, maltol, ethyl maltol, isomaltol, kojic acid, mimosine Mimosine acid, Mimo Shin methyl ether,
1,2−ジメチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1,2−ジエチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1−メチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1−エチル−2−メチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1−メチル−2−エチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1−プロピル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、3ヒドロキシ−2−ピリジノン類、3−ヒドロキシ−1−ピリジンチオン類、3−ヒドロキシ−2−ピリジンチオン類、乳酸、マレイン酸、D−グルコン酸、酒石酸、8−ヒドロキシキノリン、カテコール、1,8−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、ナフタル酸(ナフタレン−1,8−ジカルボン酸)、3,4−ジヒドロキシナフタレン、2−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸、ドーパミン、L−ドーパ、デスフェラールまたはデスフェリフェリオキサミン−B、アセトンヒドロキサム酸、 1,2-dimethyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 1,2-diethyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 1-methyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 1-ethyl-2-methyl-3- Hydroxy-4-pyridinone, 1-methyl-2-ethyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 1-propyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 3hydroxy-2-pyridinones, 3-hydroxy-1-pyridinethione , 3-hydroxy-2-pyridinethiones, lactic acid, maleic acid, D-gluconic acid, tartaric acid, 8-hydroxyquinoline, catechol, 1,8-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, naphthalic acid (naphthalene- 1,8-dicarboxylic acid), 3,4-dihydroxynaphthalene, 2-hydroxy-1-naphthoic acid, 2 Hydroxy-3-naphthoic acid, dopamine, L- dopa, Desferal or death ferri desferrioxamine -B, acetone hydroxamic acid,
1−プロピル−および1−ブチル−および1−ヘキシル−2−メチル−3−ヒドロキシ−4−ピリジノン、1−フェニル−および1−p−トリル−および1−p−メトキシフェニルおよび1−p−ニトロフェニル−2−メチル−3−ヒドロキシ−4−ピリミジン、2(2’−ヒドロキシフェニル)−2−オキサゾリン、2−(2’−ヒドロキシフェニル)−2−ベンゾオキサゾール、2,X−ジヒドロキシ安息香酸(ここでX=3、4、5、6)、 1-propyl- and 1-butyl- and 1-hexyl-2-methyl-3-hydroxy-4-pyridinone, 1-phenyl- and 1-p-tolyl- and 1-p-methoxyphenyl and 1-p-nitro Phenyl-2-methyl-3-hydroxy-4-pyrimidine, 2 (2′-hydroxyphenyl) -2-oxazoline, 2- (2′-hydroxyphenyl) -2-benzoxazole, 2, X-dihydroxybenzoic acid ( Where X = 3, 4, 5, 6),
他のアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化2,X−ジヒドロキシ安息香酸、サリチル酸および4−ニトロ−および5−ニトロサリチル酸などのそのアルキル化およびハロゲン化およびニトロ化誘導体、3,4−ジヒドロキシ安息香酸、他のアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化3,4−ジヒドロキシ安息香酸、2,3,4−トリヒドロキシ安息香酸、他のアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化2,3,4−トリヒドロキシ安息香酸、2,3−ジヒドロキシテレフタル酸、他のアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化2,3−ジヒドロキシテレフタル酸、モノ−、ジ−およびトリヒドロキシフタル酸、および他のそのアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化誘導体、2(3’,4’−ジヒドロキシフェニル)−3,4−ジヒドロ−2H−1−ベンゾピラン−3,5,7−トリオール(タンニンからの成分)、 Other alkylated, halogenated, nitrated 2, X-dihydroxybenzoic acids, salicylic acid and its alkylated and halogenated and nitrated derivatives such as 4-nitro- and 5-nitrosalicylic acid, 3,4-dihydroxybenzoic acid, Other alkylated, halogenated, nitrated 3,4-dihydroxybenzoic acid, 2,3,4-trihydroxybenzoic acid, other alkylated, halogenated, nitrated 2,3,4-trihydroxybenzoic acid, 2,3-dihydroxyterephthalic acid, other alkylated, halogenated, nitrated 2,3-dihydroxyterephthalic acid, mono-, di- and trihydroxyphthalic acid, and other alkylated, halogenated, nitrated derivatives thereof 2 (3 ′, 4′-dihydroxyphenyl) -3,4-dihydro-2H-1-benzopyran-3 5,7-triol (component from tannin)
マロン酸、オキシ二酢酸、オキサロ酢酸、タルトロン酸、リンゴ酸、コハク酸、馬尿酸、グリコール酸、クエン酸、酒石酸、アセト酢酸、エタノールアミン類、グリシン、アラニン、β−アラニン、アラニンヒドロキサム酸、α−アミノヒドロキサム酸類、ロドトルリン酸、1,1’、1’’−ニトリロ−2−プロパノール、N、N−ビス(2−ヒドロキシエチル)グリシン、ビス(2−ヒドロキシエチル)イミノトリス(ヒドロキシメチル)メタン、N−(トリス(ヒドロキシメチル)メチル)グリシン、エチレンジアミンテトラ−2−プロパノール、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−アミノエタンスルホン酸、N−(トリス(ヒドロキシメチル)メチル)−2−アミノエタンスルホン酸、ペンタエリスリトール、N−ブチル−2,2’−イミノジエタノール、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アセチルアセトン、1,3−シクロヘキサンジオン。 Malonic acid, oxydiacetic acid, oxaloacetic acid, tartronic acid, malic acid, succinic acid, hippuric acid, glycolic acid, citric acid, tartaric acid, acetoacetic acid, ethanolamines, glycine, alanine, β-alanine, alanine hydroxamic acid, α Aminohydroxamic acids, rhodotorlic acid, 1,1 ′, 1 ″ -nitrilo-2-propanol, N, N-bis (2-hydroxyethyl) glycine, bis (2-hydroxyethyl) iminotris (hydroxymethyl) methane, N- (tris (hydroxymethyl) methyl) glycine, ethylenediaminetetra-2-propanol, N, N-bis (2-hydroxyethyl) -2-aminoethanesulfonic acid, N- (tris (hydroxymethyl) methyl) -2 -Aminoethanesulfonic acid, pentaerythritol, N-butyl- 2,2'-iminodiethanol, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, acetylacetone, 1,3-cyclohexanedione.
・ さらに、錯化剤およびキレート剤の置換(例えばアルキル化、ハロゲン化、ニトロ化、スルホン化、カルボキシル化)同族体および誘導体およびそれらの塩、好ましくはアンモニウム塩およびAlを配位することのできる錯化剤およびキレート剤を用いることも可能である。 -Furthermore, substitutions of complexing and chelating agents (eg alkylation, halogenation, nitration, sulfonation, carboxylation) homologues and derivatives and their salts, preferably ammonium salts and Al can be coordinated It is also possible to use complexing agents and chelating agents.
さらに、望ましい特性の、例えば、表面張力、粘度、濡れ挙動、乾燥挙動、および接着能力であり得る、特定の設定のために、アルミニウムゾルに更なる添加剤を加えることができる。かかる添加剤は以下のものであり得る:
・ 濡れおよび乾燥挙動に影響を与えるための界面活性剤および表面活性化合物
・ 乾燥挙動に影響を与えるための消泡剤および脱気剤、
In addition, additional additives can be added to the aluminum sol for specific settings, which can be desirable properties, such as surface tension, viscosity, wetting behavior, drying behavior, and adhesion capability. Such additives can be the following:
・ Surfactants and surface active compounds to affect wetting and drying behavior ・ Antifoaming and degassing agents to influence drying behavior,
・ 粒子径分布、前縮合の度合、縮合、濡れおよび乾燥挙動、および印刷挙動に影響を与えるための、さらなる高および低沸点の極性プロトン性および非プロトン性溶媒、
・ 粒子径分布、前縮合の度合、縮合、濡れおよび乾燥挙動、および印刷挙動に影響を与えるための、さらなる高および低沸点の非極性溶媒、
・ レオロジー特性(構造的粘度、チキソトロピー、流動点など)に影響を与えるためのポリマー、
・ レオロジー特性に影響を与えるための微粒子の添加剤、
・ 乾燥後の乾燥フィルムの厚みおよびその形態に影響を与えるための微粒子の添加剤(例えばアルミニウム水酸化物および酸化アルミニウム、二酸化シリコン)、
・ 乾燥フィルムの耐傷性に影響を与えるための微粒子の添加剤(例えばアルミニウム水酸化物および酸化アルミニウム、二酸化シリコン)、
-Further high and low boiling polar protic and aprotic solvents to influence particle size distribution, degree of precondensation, condensation, wetting and drying behavior, and printing behavior,
Additional high and low boiling nonpolar solvents to affect particle size distribution, degree of precondensation, condensation, wetting and drying behavior, and printing behavior,
Polymers to affect rheological properties (structural viscosity, thixotropy, pour point, etc.)
Fine particle additives to influence the rheological properties,
-Fine particle additives (eg aluminum hydroxide and aluminum oxide, silicon dioxide) to influence the thickness and morphology of the dried film after drying,
Fine particle additives (eg aluminum hydroxide and aluminum oxide, silicon dioxide) to affect the scratch resistance of the dry film,
・ 対応するハイブリッドゾルのために好適であり、それから得られる全ての混合物形状を可能とする、ホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、鉛の群から選択される元素の酸化物、水酸化物、塩基性酸化物、アルコキシドおよび前縮合したアルコキシド、およびそのさらなる化合物および混合物。特にこれらは、半導体、特にシリコン層にドーピング作用を有する配合物の配合のための、単純な、ホウ素およびリンのポリマー酸化物、水酸化物、アルコキシドである。 -Boron, gallium, silicon, germanium, zinc, tin, phosphorus, titanium, zirconium, yttrium, nickel, cobalt, iron, suitable for the corresponding hybrid sol and allowing all mixture shapes obtained therefrom Oxides, hydroxides, basic oxides, alkoxides and precondensed alkoxides of elements selected from the group of cerium, niobium, arsenic, lead, and further compounds and mixtures thereof. In particular, these are simple boron and phosphorus polymer oxides, hydroxides, alkoxides for the formulation of compounds having a doping action on semiconductors, in particular silicon layers.
これに関連して、各印刷コーティング法が、ペーストが印刷されることおよび/またはペーストが対応するインクに由来することというそれ自身に要件を課すことは言うまでもない。特定の印刷法に応じて、ペーストの表面張力、粘度および合計蒸気圧(total vapour pressure)に関連して、ペーストの個々のパラメーターを設定する。 In this connection, it goes without saying that each print coating method imposes a requirement on itself that the paste is printed and / or that the paste is derived from the corresponding ink. Depending on the particular printing method, the individual parameters of the paste are set in relation to the surface tension, viscosity and total vapor pressure of the paste.
例えば金属産業における部品の製造における防傷および耐食層の製造のためのこれらの使用は別として、印刷可能なペーストを、好ましくはエレクトロニクス産業において、およびここで特に、マイクロエレクトロニクス、太陽電池およびマイクロエレクトロ機械(MEMS)部品の生産において使用することができる。これに関連して、光起電性部品は、特に太陽電池およびモジュールを意味する。したがって、本発明にしたがったペーストは、薄膜太陽モジュールからの薄膜太陽電池の生産、有機太陽電池の製造、印刷回路および有機エレクトロニクスの製造、薄膜トランジスタ(TFT)、液晶(LCD)、有機発光ダイオード(OLED)および接触感受性容量および抵抗センサーの技術に基づいたディスプレイ要素の製造のために用いることができる。 Apart from their use, for example in the manufacture of parts in the metal industry for the production of scratch- and corrosion-resistant layers, printable pastes are preferably used in the electronics industry, and in particular here in microelectronics, solar cells and microelectronics. It can be used in the production of mechanical (MEMS) parts. In this context, photovoltaic parts mean in particular solar cells and modules. Thus, pastes according to the present invention produce thin film solar cells from thin film solar modules, manufacture of organic solar cells, manufacture of printed circuits and organic electronics, thin film transistors (TFTs), liquid crystals (LCDs), organic light emitting diodes (OLEDs). And can be used for the manufacture of display elements based on touch sensitive capacitive and resistive sensor technology.
したがって、本発明はまた、Al2O3コーティングおよびまた混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、印刷可能な立体的に安定化したペーストの提供に存する。
好適なハイブリッド材料は、Al2O3と、元素であるホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、および鉛の酸化物との混合物であり、ここで、当該ペーストは、対応する前駆体をペーストに導入することにより得られる。ペーストの立体安定化は、1,3−シクロヘキサジオン、サリチル酸および構造的な関連体などの疎水性成分、およびアセチルアセトン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシ安息香酸およびこれらの構造的な関連体などの中程度に親水性の成分と、または、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DETPA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTPA)、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸(DETPPA)および構造的に関連する錯化剤またはキレート剤などのキレート剤と混合することによりもたらされる。
The present invention therefore also resides in the provision of a printable, sterically stabilized paste for the formation of Al 2 O 3 coatings and also mixed Al 2 O 3 hybrid layers.
Suitable hybrid materials include Al 2 O 3 and the elements boron, gallium, silicon, germanium, zinc, tin, phosphorus, titanium, zirconium, yttrium, nickel, cobalt, iron, cerium, niobium, arsenic, and lead. It is a mixture with oxides, where the paste is obtained by introducing the corresponding precursor into the paste. The steric stabilization of the paste can occur in hydrophobic components such as 1,3-cyclohexadione, salicylic acid and structural related substances, and in acetylacetone, dihydroxybenzoic acid, trihydroxybenzoic acid and their structural related substances. To the extent hydrophilic components, or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DETPA), nitrilotriacetic acid (NTA), ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid (EDTPA), diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid (DETPPA) and structure Resulting from mixing with a chelating agent such as a complexing agent or chelating agent.
ペーストにおいて用いることができる溶媒は、少なくとも1種の低沸点アルコール、好ましくはエタノールまたはイソプロパノール、および少なくとも1種の高沸点グリコールエーテル、好ましくはジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル、または適した純粋なグリコールエーテルの混合物である。しかしながら、アセトン、DMSO、スルホランまたは酢酸エチルなどの他の極性媒体も使用することができる。コーティング特性は、その混合比によって、基板に適合させることができる。
酸の添加は、ペーストの酸性pHを達成させる。前縮合のためのペーストは、したがって、酸性媒体(pH4〜5)である。pHの調整のために用いる酸は、有機酸、好ましくは酢酸であり得、これは残渣の無い乾燥をもたらす。
Solvents that can be used in the paste are at least one low-boiling alcohol, preferably ethanol or isopropanol, and at least one high-boiling glycol ether, preferably diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether or diethylene glycol monobutyl ether, or A suitable mixture of pure glycol ethers. However, other polar media such as acetone, DMSO, sulfolane or ethyl acetate can also be used. The coating properties can be adapted to the substrate by its mixing ratio.
The addition of the acid achieves the acidic pH of the paste. The paste for precondensation is therefore an acidic medium (pH 4-5). The acid used for adjusting the pH can be an organic acid, preferably acetic acid, which results in a residue-free drying.
望ましい不浸透性の、均質な層の形成のために、加水分解のための水を添加し、ここで、水の前駆体に対するモル比は、1:1〜1:9、好ましくは1:1.5〜1:2.5である。
本発明にしたがったペーストを調製するために、層形成成分をそれぞれ、ペーストの固体含有量が9〜10重量%となるような比率で用いることができる。
For the formation of the desired impervious, homogeneous layer, water for hydrolysis is added, where the molar ratio of water to precursor is 1: 1 to 1: 9, preferably 1: 1. .5 to 1: 2.5.
In order to prepare a paste according to the invention, the layer-forming components can each be used in proportions such that the solids content of the paste is 9-10% by weight.
組成物の好適な形成は、>3ヵ月の保存安定性を有するペーストを与え、ここで、ペーストにおける、粘度、粒子径またはコーティング挙動に関する検出可能な変化は、この期間検出されない。
表面のコーティング後のペーストの残渣の無い乾燥は、アモルファスAl2O3層をもたらし、ここで、乾燥は、300〜1000℃、好ましくは約350℃の温度において行われる。好適なコーティングにおいて、乾燥は<5分以内で行われる。乾燥を、1000℃以上のいわゆる熱処理条件下で行う場合、コランダムに相当する構造を有する硬い結晶性の層が形成される。
Suitable formation of the composition gives a paste with a storage stability of> 3 months, wherein no detectable change in viscosity, particle size or coating behavior in the paste is detected during this period.
The residue-free drying of the paste after the surface coating results in an amorphous Al 2 O 3 layer, where the drying is performed at a temperature of 300-1000 ° C., preferably about 350 ° C. In suitable coatings, drying takes place within <5 minutes. When drying is performed under so-called heat treatment conditions of 1000 ° C. or higher, a hard crystalline layer having a structure corresponding to corundum is formed.
<500℃の温度で乾燥されたAl2O3(ハイブリッド)層は、ほとんどの無機鉱酸を使用してエッチングすることができるが、好ましくはHFまたはH3PO4を用い、しかし、酢酸、プロピオン酸などの多くの有機酸によってもエッチングすることができる。したがって、得られた層の単純な後構造化が可能である。
本発明にしたがったペーストでのコーティングのために好適な基板は、単結晶または多結晶シリコンウェハ(HFまたはRCAで洗浄)、サファイアウェハ、薄膜太陽モジュール、機能性材料(例えばITO、FTO、AZO、IZOまたは同様のもの)でコーティングされたガラス、コーティングされていないガラス、スチール要素および合金、特に自動車部門におけるもの、およびマイクロエレクトロニクスで用いられる他の表面である。
Al 2 O 3 (hybrid) layers dried at temperatures <500 ° C. can be etched using most inorganic mineral acids, but preferably with HF or H 3 PO 4 , but with acetic acid, It can also be etched with many organic acids such as propionic acid. Thus, simple post-structuring of the resulting layer is possible.
Suitable substrates for coating with pastes according to the present invention are monocrystalline or polycrystalline silicon wafers (cleaned with HF or RCA), sapphire wafers, thin film solar modules, functional materials (eg ITO, FTO, AZO, Glass coated with IZO or the like), uncoated glass, steel elements and alloys, especially in the automotive sector, and other surfaces used in microelectronics.
選択した基板にもとづいて、本発明にしたがったペーストの使用を介して形成した層は、拡散障壁、印刷可能な誘電、電気および電子不動態化物、反射防止コーティング、摩耗に対する機械的保護層、酸化または酸の作用に対する化学的保護層として働くことができる。 Based on the chosen substrate, the layers formed through the use of pastes according to the present invention are diffusion barriers, printable dielectrics, electrical and electronic passivates, anti-reflective coatings, mechanical protection layers against wear, oxidation Or it can act as a chemical protective layer against the action of acids.
本明細書において記載した本発明にしたがったペーストは、単純な方式で、半導体材料上、好ましくはシリコンおよび、特に好ましくはシリコンウェハ上に被覆することができ、ここで、これらは対応する処理の後、電子表面不動態化を誘導する。これは既に、すなわちペーストの薄層の適用およびそれに続く乾燥の後、チャージキャリアライフタイムを増加させる。乾燥するだけではなく、いわゆる熱処理も350〜550℃の範囲の温度でフォーミングガス流(例えば5%v/vのH2/95%v/vのN2)のいずれかにおいて行う場合、下位層の表面不動態化が非常に高まり得る。 The pastes according to the invention described herein can be coated in a simple manner on a semiconductor material, preferably on silicon and particularly preferably on a silicon wafer, where these correspond to the corresponding treatments. Later, it induces electronic surface passivation. This increases the charge carrier lifetime already, ie after application of a thin layer of paste and subsequent drying. If not only drying but also so-called heat treatment is carried out at a temperature in the range of 350-550 ° C. in any of the forming gas flows (eg 5% v / v H 2 /95% v / v N 2 ), the lower layer The surface passivation of can be greatly increased.
単純でポリマーのホウ素およびリン酸化物およびそのアルコキシドを含むハイブリッド材料の形状の本発明にしたがったペーストを、特に一般的な電気およびエレクトロニクス産業における、および太陽光発電産業における、特に結晶シリコン太陽電池および太陽モジュールの製造における、半導体、好ましくはシリコンの安価な全面および局所ドーピングのために用いることができる。 A paste according to the present invention in the form of a hybrid material comprising simple polymeric boron and phosphorous oxides and alkoxides thereof, in particular in the general electrical and electronics industry, and in the photovoltaic industry, in particular crystalline silicon solar cells and It can be used for cheap overall and local doping of semiconductors, preferably silicon, in the manufacture of solar modules.
本発明にしたがったペーストは印刷可能であり、配合物およびそのレオロジー特性は、用いられる印刷法それぞれにおいて必要となるニーズへの広い制限に適合することができる。これらのペーストは、好ましくは、フレキソ印刷および/またはスクリーン印刷を用いて、特に好ましくはスクリーン印刷を用いて印刷される。 Pastes according to the present invention are printable, and the formulation and its rheological properties can meet a wide range of needs for each printing method used. These pastes are preferably printed using flexographic printing and / or screen printing, particularly preferably using screen printing.
Al2O3/B2O3を含むハイブリッドゾルの形成における本発明にしたがったペーストは、半導体、好ましくはシリコンウェハの特定のドーピングのために用いることができる。この目的のために利用されるシリコンウェハは、好ましくはRCAまたは代替的な同等の洗浄順序で洗浄されている。好適なウェハ表面は、親水性または疎水性に終端した形状であり得る。Al2O3層の適用前に、簡略化した洗浄を好ましくは行う;処理するウェハは好ましくはHF溶液によって洗浄およびエッチングする。ドーピングプロセス後にウェハに残存する層は、希釈HFにおけるエッチングによって簡単に除去することができる。 The paste according to the invention in the formation of a hybrid sol comprising Al 2 O 3 / B 2 O 3 can be used for specific doping of semiconductors, preferably silicon wafers. Silicon wafers utilized for this purpose are preferably cleaned with RCA or an alternative equivalent cleaning sequence. Suitable wafer surfaces can be hydrophilic or hydrophobic terminated shapes. Prior to the application of the Al 2 O 3 layer, a simplified cleaning is preferably performed; the wafer to be processed is preferably cleaned and etched with an HF solution. The layer remaining on the wafer after the doping process can be easily removed by etching in diluted HF.
このように製造されたAl2O3層は、LCD技術におけるナトリウムおよびカリウム拡散障壁として使用することができる。ここで、ディスプレイのカバーガラス上のAl2O3の薄層は、カバーガラスから液晶相へのイオンの拡散を防ぐことができ、LCDのライフタイムを大幅に増加させることを可能にする。 The Al 2 O 3 layer thus produced can be used as a sodium and potassium diffusion barrier in LCD technology. Here, the thin layer of Al 2 O 3 on the cover glass of the display can prevent the diffusion of ions from the cover glass into the liquid crystal phase, allowing the lifetime of the LCD to be significantly increased.
本明細書は、当業者が本発明を総合的に使用することを可能とする。したがって、更なるコメントなしに、当業者が最も広い範囲において上述の説明を利用することができることが仮定される。
何か不明である場合には、言うまでもなく、引用した文献および特許文献を考慮すべきである。したがって、これらの書類は、本明細書の開示内容の一部とみなされる。
This specification enables those skilled in the art to make comprehensive use of the present invention. Accordingly, it is assumed that the above description will be available to those skilled in the art to the greatest extent without further comments.
If anything is unclear, it goes without saying that the cited literature and patent literature should be considered. Accordingly, these documents are considered part of the disclosure content of this specification.
より良い理解のためおよび本発明を説明するために、以下に本発明の保護範囲内である2つの例を示す。これらの例は、可能な変形の例示にも役立つ。しかしながら、記載された本発明の原理の一般的な妥当性のために、本出願の保護範囲をこれらのみに減縮するためには適切ではない。 For better understanding and to illustrate the present invention, the following are two examples that are within the protection scope of the present invention. These examples also serve to illustrate possible variations. However, due to the general validity of the principles of the invention described, it is not appropriate to reduce the protection scope of the present application to these alone.
さらに、当業者に言うまでもないが、示された例において、および明細書の残りの部分において、組成物に存在する成分量は、組成物全体に基づいて、常に合計で100重量%または100モル%となり、示されたパーセント範囲から、より高い値が生じたとしても、これを超えることはできない。別段示されない限り、%データは重量%またはモル%と理解され、比率については例外であり、これは容量データで与えられる。
例および明細書において、および特許請求の範囲において与えられる温度は、常に℃である。
Furthermore, it will be appreciated by those skilled in the art that in the examples shown, and in the remainder of the specification, the amount of ingredients present in the composition is always 100% by weight or 100 mole% in total, based on the total composition. From the percentage range shown, even if higher values occur, this cannot be exceeded. Unless otherwise indicated,% data is understood as weight% or mole%, with the exception of ratios, which are given by volume data.
The temperature given in the examples and in the description and in the claims is always ° C.
例
例1:
22mlのジエチレングリコールモノエチルエーテル中の4.6gのサリチル酸および1.7gのアセチルアセトンおよび2gの酢酸を、最初に100ml丸底フラスコに導入する。14.1gのアルミニウムトリ−sec−ブトキシドをこの溶液に添加し、混合物を10分間撹拌する。部分的に保護されたアルミニウムアルコキシドの加水分解のために、2.8gの水を添加し、黄色い溶液を10分間撹拌し、熟成のため1日間放置する。液体インクをロータリーエバポレーターにおいて50℃の温度、20mPaの圧力で蒸発させ、加水分解から形成した全ての2−ブタノールの蒸留の後、これらの条件下でさらに2時間維持する。得られた粘性の塊は、4.3Pasの粘度を示す。スクリーン印刷により適用されたレイアウトの解像度は、ペーストのわずかな「にじみ」を示し、印刷した100μmの線は乾燥後、約150μm幅となる。
Example
Example 1:
4.6 g salicylic acid and 1.7 g acetylacetone and 2 g acetic acid in 22 ml diethylene glycol monoethyl ether are initially introduced into a 100 ml round bottom flask. 14.1 g of aluminum tri-sec-butoxide is added to this solution and the mixture is stirred for 10 minutes. For the hydrolysis of the partially protected aluminum alkoxide, 2.8 g of water is added and the yellow solution is stirred for 10 minutes and left for 1 day for aging. The liquid ink is evaporated in a rotary evaporator at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 20 mPa and maintained under these conditions for a further 2 hours after distillation of all 2-butanol formed from hydrolysis. The resulting viscous mass exhibits a viscosity of 4.3 Pas. The resolution of the layout applied by screen printing shows a slight “bleed” of the paste, and the printed 100 μm line is about 150 μm wide after drying.
例2:
ジエチレングリコールモノエチルエーテル中の4.6gのサリチル酸および2.5gのアセチルアセトン、および1gの酢酸を、最初に100ml丸底フラスコに導入する。21.4gのアルミニウムトリ−sec−ブトキシドをこの溶液に添加し、混合物を10分間撹拌する。部分的に保護されたアルミニウムアルコキシドの加水分解のために、3.7gの水を添加し、黄色い溶液を10分間撹拌し、熟成のため1日間放置する。粘性インクをロータリーエバポレーターにおいて50℃の温度、20mPaの圧力で蒸発させ、加水分解から形成した全ての2−ブタノールの蒸留の後、これらの条件下でさらに2時間維持する。得られた粘性の塊は、14Pasの粘度を示す。
Example 2:
4.6 g salicylic acid and 2.5 g acetylacetone and 1 g acetic acid in diethylene glycol monoethyl ether are initially introduced into a 100 ml round bottom flask. 21.4 g of aluminum tri-sec-butoxide is added to this solution and the mixture is stirred for 10 minutes. For the hydrolysis of the partially protected aluminum alkoxide, 3.7 g of water are added, the yellow solution is stirred for 10 minutes and left for 1 day for aging. The viscous ink is evaporated in a rotary evaporator at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 20 mPa and maintained under these conditions for a further 2 hours after distillation of all 2-butanol formed from hydrolysis. The resulting viscous mass exhibits a viscosity of 14 Pas.
例3:
HFでの洗浄後、多結晶シリコンウェハを例2からの酸化アルミニウムペーストでスクリーン印刷により印刷する。長期印刷充填をシュミレーションするために、実際の印刷の前に、約1000の前印刷を当該ペーストで行う。この長期間のテスト後であっても、ペーストは非常に良好な解像度を示す。
図2は、約1000の前印刷の後に、スクリーン印刷によって適用されたAl2O3レイアウトの顕微鏡写真を示す。長期印刷後の非常に良好な解像度が両方の写真から証明される(左側50μm印刷、乾燥後約53μm;右側100μm印刷、乾燥後に約105μm)。
Example 3:
After washing with HF, the polycrystalline silicon wafer is printed with the aluminum oxide paste from Example 2 by screen printing. In order to simulate long-term print filling, about 1000 preprints are performed with the paste prior to actual printing. Even after this long-term test, the paste shows very good resolution.
FIG. 2 shows a photomicrograph of the Al 2 O 3 layout applied by screen printing after about 1000 preprints. Very good resolution after long-term printing is demonstrated from both photographs (50 μm print on the left side, about 53 μm after drying; 100 μm print on the right side, about 105 μm after drying).
例4:
ペーストの安定性を評価することができるために、少なくとも6週間の期間にわたって、粘度を調査する。図3は、例1および2にしたがったペーストの粘度の変化を示す。
粘度曲線から、ペーストがいくらか、特に合成後の最初の数日以内に、濃くなるが、残りの保存期間において粘度は少しだけ変化すること(3日後<2%)が理解される。粘度は、少量の溶媒を添加することにより、いつでもリセットすることができる。
Example 4:
In order to be able to assess the stability of the paste, the viscosity is investigated over a period of at least 6 weeks. FIG. 3 shows the change in viscosity of the paste according to Examples 1 and 2.
From the viscosity curve it is understood that some of the paste thickens, especially within the first few days after synthesis, but the viscosity changes slightly during the remaining shelf life (<2% after 3 days). The viscosity can be reset at any time by adding a small amount of solvent.
例5:
洗浄の後、両面が研磨された、p−ドープ(100)FZシリコンウェハ片を、例1および2にしたがった酸化アルミニウムゾルペーストでスクリーン印刷により両面印刷し、印刷された各側面をそれぞれ450℃で30分間、ホットプレート上で乾燥する。印刷レイアウトは、1辺4cmの正方形からなる。ウェハのチャージ−キャリアライフタイムを、WCT−120光伝導ライフタイムテスタ(QSSPC、準定常状態光伝導;測定ウィンドウ3cm)により、続いて調査する。用いた基準は、コーティングされていないか、湿式化学キンヒドロン/メタノール法を活用して処理した同一のウェハサンプルである。キンヒドロン/メタノール法(1,4−ベンゾキノン、1,4−ベンゾヒドロキノンおよびメタノールの混合物)は、湿式化学および一時的に有効であり、すなわち、長期安定ではない電子表面不動態化である。全てのウェハサンプルを前もって希釈HFを用いてエッチングする(前もって洗浄されている)。
Example 5:
After washing, a p-doped (100) FZ silicon wafer piece, polished on both sides, was double-side printed by screen printing with an aluminum oxide sol paste according to Examples 1 and 2, and each printed side was 450 ° C., respectively. Dry on a hot plate for 30 minutes. The print layout is a square with a side of 4 cm. The charge-carrier lifetime of the wafer is subsequently investigated with a WCT-120 photoconductive lifetime tester (QSSPC, quasi-steady state photoconductivity; measurement window 3 cm). The criteria used were identical wafer samples that were either uncoated or processed utilizing the wet chemical quinhydrone / methanol method. The quinhydrone / methanol method (a mixture of 1,4-benzoquinone, 1,4-benzohydroquinone and methanol) is a wet chemistry and temporarily effective, ie electronic surface passivation that is not long-term stable. All wafer samples are pre-etched with diluted HF (previously cleaned).
図4は、p−ドープFZウェハサンプルのチャージ−キャリアライフタイムを図で示す:コーティングしていないサンプル(黄色、下)、酸化アルミニウムでコーティングしたサンプル(青、中)および化学的に不動態化されたサンプル(マゼンタ、上)。ライフタイムは、この順で(射出密度:1E+15cm−3、キャリア密度と同一):8μs、275μsおよび>>3000μsである。 FIG. 4 graphically illustrates the charge-carrier lifetime of p-doped FZ wafer samples: uncoated sample (yellow, bottom), aluminum oxide coated sample (blue, medium) and chemically passivated. Sample (magenta, top). The lifetimes are in this order (injection density: 1E + 15 cm −3 , identical to carrier density): 8 μs, 275 μs and >> 3000 μs.
約34倍でのライフタイムの増加が、非コーティングサンプルと比較して判断される。キャリアライフタイムにおける増加は、半導体材料の電子表面不動態化としての酸化アルミニウムの作用に起因する。
サンプルは周囲条件下でのみ乾燥することを、この関連において注意すべきである。キャリアライフタイムにおける増加は、酸素、酸素/窒素、窒素またはフォーミングガス雰囲気(例えば5%v/vのnH2/95%v/vのN2)下のいずれかでの、サンプル処理の後に期待される。さらに、エッジ効果および影響は、不動態化作用において除くことができず、前面および背面コーティングに潜む欠陥の影響を除くことができない。
An increase in lifetime of about 34 times is judged relative to the uncoated sample. The increase in carrier lifetime is due to the action of aluminum oxide as an electronic surface passivation of the semiconductor material.
It should be noted in this connection that the sample dries only under ambient conditions. An increase in carrier lifetime is expected after sample processing either under oxygen, oxygen / nitrogen, nitrogen or forming gas atmosphere (eg 5% v / v nH 2 /95% v / v N2). The In addition, edge effects and influences cannot be eliminated in the passivating action, and the effects of defects hidden in the front and back coatings cannot be eliminated.
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